03.02 为什么飞机离开地球表面那么久,而不用考虑地球自转的速度,难道惯性可以一直存在吗?

流淌的抚河


你飞的再高不还是在大气层内吗?不是真空的话应该地球自转会带动大气


清水河吴彦祖


这根本不是惯性的问题,而是地球引力的问题。

小时候一直很奇怪,既然地球是不停自转的,那么我原地跳一下应该落在其他地方啊,但是实际上不管你跳多高还是落在原地。同样的道理飞机飞在天上也无法做到这一点,它的速度还是相对于地面静止物体的速度。这是由于我们忽略了地球外面包裹的大气层,它里面的空气也属于地球的一部分,也会受到地球引力,也随着地球在自转。

我们以为的地球是蛋黄,但是却忽略了大气层这厚厚的蛋清。飞机飞起来后虽然离开了蛋黄,但还是被蛋清包裹着,所以飞机想要飞到哪里还是要自己动手。


爱车大家说


首先空气也在随地球自转,所以飞机不管飞多久,都用不着考虑地球自转。

但即便没有空气,换成火箭在天上垂直悬停,也同样不需要考虑地球的自转。


先看看下面这张动图体会一下什么是惯性。

图示:用生命验证惯性定律

在一辆行驶的车中玩蹦蹦床,这人为啥没落到地上,还能落回行驶的车中呢?

有三个原因:

1、被弹起的人具有惯性速度,方向和大小和车保持一致

2、车是匀速运动,没有在人弹到空中后突然加速或减速

3、车的两边有挡板,挡板内的空气也在近乎用同样的速度在同向运动,这就减少了空气阻力对空中的人的影响,这人弹出挡板后,还自己用狗刨来消减部分空气阻力影响,当然狗刨的作用最低,但能提供点心理安慰。


再看一张怎么抵消惯性的动图。

图示:垂直落地的奇怪弹丸,如果你不觉得奇怪,那你对惯性还是缺乏深刻体会


要让一辆运动的车上所释放的一颗弹丸,在地面观察者眼中垂直落地,那就意味着需要抵消这颗弹丸本身所具有的向左运动的惯性,要做到这一点倒也不难,只要让弹丸用同样的速度向右运动即可,通过伽利略速度合成公式,就能让该弹丸的水平速度相对于地面的静止观察者来说,速度为零。警告,这是相对于地面静止的观察者而言是速度为零,垂直下落。但对于处在车上的观察者来说,他所看到的场景却是弹丸在向右运动,划出一道抛物线落地,当然这是车上的人如果将自己设成不动的一方,才会有这样的效果,这张动图缺乏汽车上的视角,非常可惜。


不要说飞机飞十几个小时,从地球出发的宇宙飞船也会带着它们获得的惯性在宇宙中永远穿梭下去呢。比如当我们飞往月球时,由于太空中没有空气阻力,升空后的宇宙飞船在摆脱地球的引力之后,就只需依靠惯性就能到达月球,不需要再额外耗费燃料来加速,恰恰相反,在到达月球时,不想和月球擦肩而过,要实现绕月或登月,那就还得想办法减速呢,这要消耗部分自带的燃料,并巧妙利用月球的引力实现减速,将月球引力当阻力来用。

图示:中国嫦娥一号近月制动减速,让自己成为月球的卫星。


最后看一下,牛顿第一运动定律吧

假若施加于某物体的外力为零,则该物体的运动速度不变。

运动速度不变的意思是,静止的物体不会自己动起来,运动中的物体不会自己停下来,会继续保持匀速直线运动状态。这种维持运动状态不变的性质就被称为“惯性”。牛顿第一定律又因此被称为“惯性定律”。


裸猿的故事


为什么飞机离开地球表面那么久,而不用考虑地球自转的速度,难道惯性可以一直存在吗?


你说的没错,惯性一直存在着。飞机不论离不离开地球,离开的久不久,飞机都是以自转的地球为参照物,飞机的速度都是相对于地球自转的表面线速度而言, 这跟是不是和地球接触、是不是在大气层无关。即使象人造地球卫星离开大气层了,它的速度也是相对于地球自转的表面线速度而言。这也是航天发射为什么尽可能选择纬度低的地方的原因,因为纬度越低的地方的自转线速度越大,航天器可以借助这个速度较轻易地达到第一宇宙速度,火箭可以节省很多燃料,相当于提高了运力。



位于赤道附近的库鲁航天发射场

我们知道人造卫星的第一宇宙速度又叫环绕速度,大小是7.9千米/秒,它是相对于地球重心的,不是相对于地球表面的,这时可以把地球看成一个质点。象赤道附近的线速度达到了40000/(3600x24)=0.46千米/秒,所以在赤道附近,卫星只要相对于地球表面以7.9-0.46=7.44千米/秒的速度运动就能环绕地球。同理顺着地球自转方向发射卫星要比逆着地球自转方向发射卫星要省力。这一切都因为惯性的存在。

当然我知道题主在这里说“惯性一直存在吗”指的是飞机随地球自转的惯性趋势还在吗的意思。按照牛顿力学,惯性是物体本身的属性,物体质量是惯性的唯一量度。所以只要飞机还在,它的惯性就在。

不过马赫认为惯性离不开引力,他认为惯性不是物体的固有属性,是宇宙中其他物质作用的结果,在非惯性系中“惯性力”不是虚拟的趋势,而是一种引力的表现,是宇宙中其他物质对它的总作用。爱因斯坦吸取了他的精华,从惯性质量等于引力质量这个事实出发提出等效原理,创立了广义相对论。这个等效原理是说引力场局域等同于惯性场。太空中地球、月球、太阳和其它行星等等形成的引力场很复杂,因此人造卫星的惯性场也会很复杂,人造卫星从地球发射后,在近地轨道以内主要还是受地球引力场的作用,惯性趋势还是离开地球前受到的地球表面运动趋势。



飞机是在远低于近地轨道的大气层中飞行,它的惯性更是受地球表面的运动趋势。人造卫星离地球越远,受地球影响越小,受月球、太阳和其它行星的影响则越来越明显。
地月之间有一个引力平衡点,探月卫星沿着地月转移轨道到达这个平衡点后就只考虑月球引力而不必考虑地球的影响,它的惯性只受月球引力场影响。同理那些行星际探测器的飞行情况会更复杂。由此可见科学家计算设计航天器轨道的工作是非常复杂的,考虑的因素非常多,惯性因素更在其中,计算的式子绝非简单的几个万有引力公式,当然在目前牛顿力学足够解决这些问题,随着人类探测能力的提高,广义相对论肯定会发挥越来越重要的作用。


物原爱牛毛1


飞机离开地面后确不用“考虑”地球自转速度,因为飞机的惯性一直存在着,所以飞机起飞前后与地球保持相同的线速度,这与有没有空气没有太大关系,因为大气层也和飞机一样保持着相同的线速度!

想想汽车里的蚊子就明白了,汽车高速行驶,蚊子仍能非常平静地在汽车里飞来飞去,从汽车的后面飞到前面,飞机之于地球就像蚊子之于汽车一样!当然前提是汽车窗户是封闭的,而事实上地球大气层也可以看做是封闭的,因为地球引力作用把大气层牢牢“固定着”!

之所以很多人对于飞机飞行有可能是“悬停”的状态,有些人甚至会认为如果悬停12小时就能到达地球另外一边!

这种想法是典型的认知局限性,把飞机同地球隔离来看,如果是这样的话,你直接跳起来在空中停留1秒,你降落时地面可能飞行了上百米!

再举个例子,我们应该都放过风筝,用一根线拉着风筝跑,风筝当然会跟着我们跑。而地球对飞机的引力虽然我们不能直接看见,但实际上就相当于地球和飞机之间有一根绳子,地球拉着飞机一起自转,如此这样飞机怎么“悬停”呢?即使飞机飞离地面,这跟绳子(引力)也一直存在着!


宇宙探索


这个问题有些奇怪,飞机飞行并非不考虑地球自转的速度,而是已经叠加了地球自转速度,当然了,这是从太空视角来看的结果,如果以地表的人类的视角,因为人类与地表可以认为是相对静止,因此地球自转对飞机速度产生的影响是看不出的。

我们都知道地球自转周期是24小时,也就是每24小时,地球就会转一圈,而赤道的周长大约是4万公里,因此赤道上的线速度能达到每秒460多米,这个速度已经超过了在标准状况下空气中的音速。

但如此高的速度,为何对人类的生活没有产生严重影响呢?原因很简单,因为人类也是跟着地球一起转的。如果站在地表上观测其他人,因为他们站立在地面不移动,所以会得出他们速度为零的结论;但如果我们在太空中观测他们,他们的速度就地球自转的线速度了。

因此这样的结论同样适用于飞在天上的飞机。

如果还是不能理解,那么你可以这样想:按照题目的意思,直升机只需悬停在空中24小时,不做前后飞行动作,只需等着地球自己转,就能轻松环绕地球一周了。很显然,这是不可能的。

期待您的点评和关注哦!


赛先生科普


至于是不是惯性,只有天知道。

人们出门坐高铁,火车以300公里时速飞奔,当有人原地起跳,落回地板时,应该还是在原地。科学说,是惯性在起作用。

而当火车启动时,如果当时有一块石头悬在火车的上方,这块石头会不会随着火车的惯性一起向前飞驰?

飞机在天空中飞行,它是悬空在地球上面的,和一块石头悬在高铁上,没有什么区别,它的惯性从何而来。


宋思考


问题不要复杂化,地球表面空气.本身是地球栽体它跟地球一样自转,空气是地球的最外层物质,它是地球物质升华而来。地球绕太阳运行太阳也在运行,而不是太阳不动,太阳和地球是相对静止的,整个太阳系好比一个鸡蛋,太阳好比蛋黄九个行星好比是几层蛋清,蛋黄在不停的转动,地球等行星也跟着转动。太阳的光好比地球上的空气,太阳转动整个有太阳光的太阳系在转动。在地球上我们看到太阳在静止所以地球也在静止实际上太阳在转动我们也在转动。所从说整个大阳系对太阳耒说是相对静止的。.太阳系包括太阳是一体的。.



评议司S


我说几个情境,可以帮非本专业人士理解本问题。

1、一列高速(假设500公里时速)水平、直线、均匀速度的列车上,三节车箱同时作实验,假列车外设界无任何风,从相同高度(假设高度足够高,如1000米)投放完全相同的非常轻(密度很小)的鸿毛,三个车间差别是,A真空,B正常大气压但车箱封闭(空气不流动),C敞篷开放车箱。那么鸿毛运动状态是,A自由垂直下落,着地点在投放点的正下方,落地快。B慢慢下落,着地点基本在投放点正下方。C着地时间可能与B相当,但着地点就不在列车上,几乎是在投放时所对应的地面位置。

2、还是上面的列车不变,仅把鸿毛换为小蜻蜓,A没空气蜻蜓与鸿毛一样快地垂直下落无法飞动。B蜻蜓在本车厢内无论向哪个方向水平飞行,没有难易之别。C蜻蜓一放飞,列车就拜拜了(走远了)。

回到所提问题上,如果不考虑风速,飞机在空中飞行,就象B中的蜻蜓,把B车箱理解成地球就行。

惯性这个物理概念,有个不变与变的问题。没有外部力量去干预,物体就一直保持原来的速度不变,反过来只要有外部力量去干预物体,它的速度(含方向)就会变。


还是叫老李吧


飞机离开地球表面,确实惯性是一直存在的,不仅仅是飞机,无论离不离开地球,惯性都是一直存在的。

飞机的飞行是以地球为参照物的,而此时的地球是自转的,平时所说的飞行速度,是对于地球自转的线速度为基础。无论离开地球还是不离开地球,目前所有的速度都是以地球为参照的。

不仅仅是飞机,围绕地球的卫星,也同样要考虑地球的自转速度,卫星的惯性也同样存在,惯性和物质本身有关系,质量越大,惯性越大,只要物质存在,无论离不离开地球,都要受惯性影响。惯性质量等于引力质量。可以说飞行中的飞机和地球的自转是同时进行的,大气层相对于地球本身来说其实很薄,所以说地球自转,大气层也就自然跟随着地球转动,飞机飞行是以地球为参照物的,所以飞机一直存在着惯性,也会和地球自转同时运动。无论怎样运动,都是以地球为参照的,运动是相对的。惯性只和物质本身的质量有关,无论物质运不运动,惯性都存在。

像飞机,卫星这样离地运动的物质,即使离开的地球,惯性依然存在,他们的运动也是以地球为参照物,物质运动的速度也是相对地球表面自转的线速度而言。和离不离开地球表面、离不离开大气层没有关系,我们研究物体的运动,速度等概念都是以地球为参照物的。我们目前所知道的,都局限于地球,任何运动都需要参照物,而且任何物质的运动都是相对的。可以看出,无论是飞机的飞行还是杭天器的飞行,主要考虑的方面都非常的多,不仅仅是加大推力,只考虑地球引力而已,惯性、地球的自转等方面都需要进行严谨的分析。

更多优质内容,请持续关注镁客网~~


分享到:


相關文章: